Arranque y funcionamiento estable de la máquina asíncrona como generador autónomo

Abstract

La operación de la máquina asíncrona como generador se realiza normalmente en paralelo con la red, esto es, con un sistema de generadores que suministran la energía reactiva para su excitación. Este trabajo tiene por objeto el estudio de esta máquina excitada por condensadores, en operación independiente de otras fuentes de generación; es decir, como generador autónomo. En este tipo de operación es la propia tensión generada la que define la cantidad de energía reactiva suministrada por los condensadores fil arranque del proceso de generación no se produce espontáneamente; debe ser inducido. Esto se logra descargando los condensadores sobre la máquina con el rotor en movimiento. La perspectiva de aplicación de esta máquina está en el aprovechamiento de los motores de inducción tipo "Jaula de Ardilla" (de fabricación nacional) como generadores de uso general y muy bajo costo. Con respecto a los alternadores convencionales, esto es indudablemente una ventaja. Presentan, sin embargo, como desventaja la dificultad de regulación. Una comparación económica entre ambos tipos de máquinas no puede plantearse sin antes resolver teórica y prácticamente el problema de la regulación del generador asíncrono autónomo. En términos más concretos, esta máquina tendría su aplicación ideal como unidad de generación de una micro central hidráulica, utilizando una turbina Mitchell-Banki cómo máquina motriz. (1) De acuerdo con el trabajo presentado por el Ing. F. Coz Pancorbo como tesis de grado (9), esta turbina es de fabricación sencilla y barata, y posee además un diseño flexible que se adapta muy bien a las condiciones de altura y caudal prevalecientes en la sierra. Puede trabajar con altura de 1 a 100 m., y caudales de 25 a 2000 l/s, estos rangos corresponden a potencias de 2a 200 HP y velocidades de 60 a 2000 RPM. A simple vista este tipo de micro central tendría como ventajas, sobre los grupos electrógenos convencionales. Su menor costo de instalación y operación, su facilidad de transporte al lugar de trabajo, y su posibilidad de operar con un mantenimiento mínimo; y como desventajas, las distancias que podrían existir entre central y carga, las posibles fluctuaciones en el caudal firme y la difícil regulación del generador asíncrono. Esta micro central constituye de hecho una alternativa muy interesante para la electrificación de pequeños centros poblados. Su conveniencia queda planteada a nivel de hipótesis, cuya verificación deberá ser consecuencia dé un estudio económico completo. Este supone una formulación mucho más elaborada de esta alternativa. (Investigación de recursos hidráulicos, solución del problema de la regulación del conjunto turbina generador, etc.) Deberá además tomarse en cuenta la alternativa de interconectarse a un sistema mayor. Grandes ventajas economía y confiabilidad justifican la actual tendencia a la interconexión cada vez mayor de los sistemas de potencia. Sin embargo, por las fuertes dificultadas que se dan en nuestro país para construcción de una infraestructura de transmisión y distribución, no se elimina la validez de las micro centrales como alternativas hoy. El presente trabajo se sitúa dentro de esta perspectiva, con el propósito de estudiar el comportamiento de la máquina, durante el arranque como generador en vacío, y bajo las condiciones de operación estable balanceada. El desarrollo del tema ha sido separado en tres capitules. En el Primero 1, (CAP.II) se formula el modelo matemático de la máquina (dq) desde el punto de vista de la teoría Unificada. El capítulo III parte de este modelo para formular las ecuaciones del sistema máquina-condensadores y resolverlas en el tiempo por el método de Runge-Kutta para ciertas condiciones del arranque. Incluye además la comprobación experimental de esta solución. El Capítulo IV comprende la deducción de las ecuaciones del estado estable a partir del modelo d-q, el estudio de los factores que determinan la estabilización (introducción de la saturación), y su solución por el método de Newton-Raphson para investigar el comportamiento de la máquina bajo distintas condiciones de capacidad, velocidad y carga. De que se plantean algunas pistas para afrontar el problema de la regulación de tensión.